• Nie Znaleziono Wyników

Fizyczne mechanizmy zmian klimatu w kontekście ostatniego raportu IPCC.

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Fizyczne mechanizmy zmian klimatu w kontekście ostatniego raportu IPCC."

Copied!
58
0
0

Pełen tekst

(1)

Fizyczne mechanizmy zmian

klimatu w kontekście ostatniego raportu IPCC.

Krzysztof Markowicz Krzysztof Markowicz

Instytut Geofizyki, Uniwersytet Warszawski

Instytut Geofizyki, Uniwersytet Warszawski

(2)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Plan wykładu

Kilka słów o IPCC Pojecie klimatu

Stan obecny – zmiany podstawowych parametrów meteorologicznych w ostatnich dziesięcioleciach Fizyczne mechanizmy zmian klimatu

Badania zmian klimatu

Prognozowanie zmian klimatu – modele klimatu.

(3)

IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change

Międzyrządowy Panel do spraw zmian klimatu

Założony w 1988 roku przez World Meteorological

Organization (WMO) oraz United Nations Environment Programme (UNEP) w celu oszacowania ryzyka zmian klimatu związanych z rozwojem cywilizacyjnym.

Głównym zadaniem IPCC jest wydawanie raportów dotyczących zmian klimatu w oparciu o publikacje w czasopismach naukowych.

Raporty te są wnikliwie i szczegółowo recenzowane.

IPCC nie jest komórka badającą i prowadząca monitoring

zmian klimatycznych.

(4)

Raporty IPCC

IPCC wydał jak do tej pory 4 raporty w latach 1990, (suplement w 1992), 1995, 2001, 2007.

Ostatni raport

Working Group I Report (WGI): Climate Change 2007: The Physical Science Basis.

Working Group II Report (WGII): Climate Change 2007:

Impacts, Adaptation and Vulnerability

Working Group III Report (WGIII): Climate Change 2007:

Mitigation of Climate Change The Synthesis Report (SYR)

Summary for Policymakers (SPM) Luty 2007 WGI report opublikowany w marcu 2007

11/29/21

Krzysztof Markowicz

kmark@igf.fuw.edu.pl

(5)

Główne wioski raportu IPCC, 2007

Warming of the climate system is unequivocal.

Most of (>50% of) the observed increase in globally averaged

temperatures since the mid-20th century is very likely (confidence level

>90%) due to the observed increase in anthropogenic (human) greenhouse gas concentrations.

Hotter temperatures and rises in sea level "would continue for centuries"

even if greenhouse gas levels are stabilized, although the likely amount of temperature and sea level rise varies greatly depending on the fossil intensity of human activity during the next century .

The probability that this is caused by natural climatic processes alone is

less than 5%.

(6)

Główne wioski raportu IPCC, 2007 cd.

World temperatures could rise by between 1.1 and 6.4 °C during the 21st century and that:

 Sea levels will probably rise by 18 to 59 cm

 There is a confidence level >90% that there will be more frequent warm spells, heat waves and heavy rainfall.

 There is a confidence level >66% that there will be an increase in droughts, tropical cyclones and extreme high tides.

Both past and future anthropogenic carbon dioxide emissions will continue to contribute to warming and sea level rise for more than a millennium.

Global atmospheric concentrations of carbon dioxide, methane, and nitrous oxide have increased markedly as a result of human activities since 1750 and now far exceed pre-industrial values over the past 650,000 years

11/29/21

Krzysztof Markowicz

kmark@igf.fuw.edu.pl

(7)

Klimat definicje

Średnia pogoda panująca w danym miejscu.

Średni stan atmosfery charakterystyczny dla danego obszaru i określony na podstawie 30 letnich serii

pomiarowych.

Climate is commonly defined as the weather averaged over a long period of time

Przykład 1

Stacja A: średnia temperatura roczna 8 o C

(średnia stycznia 5 o C, średnia lipca 11 o C)

Stacja B: średnia temperatura roczna 8 o C

(średnia stycznia -3 o C, średnia lipca 19 o C)

(8)

Definicja klimatu wg IPCC

Climate in a narrow sense is usually defined as the “average weather”, or more rigorously, as the statistical description in terms of the mean and variability of relevant quantities over a period of time ranging from months to thousands or

millions of years.

The classical period is 30 years, as defined by the World Meteorological Organization. These quantities are most often surface variables such as temperature, precipitation, and wind.

Climate in a wider sense is the state, including a statistical description, of the climate system.

The main difference between climate and everyday weather is best summarized by the popular phrase "Climate is what you expect, weather is what you get

11/29/21

Krzysztof Markowicz

kmark@igf.fuw.edu.pl

(9)

Przykład 2

Stacja A: średnia temp stycznia dla kilku kolejnych lat: 7.1, 8.3, 8.7,7.9, 8.0

Stacja B: średnia temp stycznia

dla kilku kolejnych lat: -7.5,

0.3, -2.0 , 0.7, -3.5

(10)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Klimat, definicja fizyczna

Klimat to pojecie statystyczne i bardziej złożone.

Zdefiniowany jest przez pojęcia statystyczne a nie tylko przez wartości średnie. Wielkościami tymi są:

wariancja (miara odchylenia od wartości średniej) odchylenie sztandarowe

kwantyle (np. prawdopodobieństwo, że średnia

temperatura stycznia 2008 roku będzie niższa niż -4C) prawdopodobieństwo

Ostatnia wielkość określa np. jakie jest

prawdopodobieństwo że średnia temperatura stycznia

2008 roku będzie w przedziale od -3 do -4 o C

(11)

Anomalia

Czyli odchylenie od wartości średniej (przeciętej) Pojecie stosowane często w klimatologii do analizy zmienności warunków pogodowych.

Czy anomalie pogodowe świadczą o zmianach klimatu Nie, gdyż anomalie są naturalnie związanie z klimatem.

Dopiero gdy anomalia utrzymuje się przez odpowiedni

długi okres czasu (30 lat) może to świadczyć o zmianach

klimatycznych.

(12)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Anomalie cd.

Czy w dobie globalnego ocieplenia możemy spodziewać się chłodnych zim?

Czy chłodne lato jakiegoś roku może dowodzić, że nie

mamy do czynienia z globalnym ociepleniem?

(13)

Zmiany klimatu – rys historyczny

Badania paleoklimatyczne

(14)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Zmiany koncentracji gazów

cieplarnianych

(15)

Zmiany temperatury w ostatnim

tysiącleciu – mała epoka lodowa

(16)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Zmiany Globalne

w XX wieku

(17)
(18)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Anomalie temperatury powierzchni Atlantyku w

obszarze tropikalnym

(19)

Zmiany bilansu hydrologicznego

Palmer Classifications 4.0 or more extremely wet 3.0 to 3.99 very wet

2.0 to 2.99 moderately wet 1.0 to 1.99 slightly wet

0.5 to 0.99 incipient wet spell 0.49 to -0.49 near normal

-0.5 to -0.99 incipient dry spell

-1.0 to -1.99 mild drought

-2.0 to -2.99 moderate drought

-3.0 to -3.99 severe drought

-4.0 or less extreme drought

(20)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Zmiany pary wodnej w atmosferze

(21)

Trend zachmurzenia

+1.4% (obserwacje naziemne)

+2 % ISCCP (klimatologia

satelitarna)

(22)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Zmiany bilansu promieniowania na górnej

granicy atmosfery

(23)

Zmiany w oceanach

(24)

11/29/21

Krzysztof Markowicz

kmark@igf.fuw.edu.pl

(25)

Zmiany rocznych sum opadów

(26)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Globalne ocieplenie a ochłodzenie stratosferyczne

dane aerologiczne dane satelitarne

(27)

Globalne zmiany

temperatury w atmosferze

i na powierzchni ziemi

(28)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Zmiany w kriosferze

(29)

Zmiany poziomu oceanów

(30)

Zmiany klimatu w Polsce

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Zmiany temperatury w Polsce za ostatnie 50 lat pokazują , że klimat się

ociepla!

(31)

Obserwuje się rosnący trend prędkości wiatru i

silniejszą cyrkulację

strefowa.

(32)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Zmiany albeda planetarnego nad Polską pokazują, że w ostatnich 20-latach atmosfera pochłania 1-

2% więcej promieniowania

słonecznego

(33)

Tendencja spadkowa całkowitej zawartości pary wodnej w

atmosferze.

(34)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Procesy klimatyczne

To procesy fizyczne zachodzące w atmosferze i

oceanach prowadzące do zmian klimatu. Najczęściej

zalicza się do nich obieg ociepla, cykl hydrologiczny oraz cyrkulację powietrza.

Determinują one zmiany naturalne i antropogeniczne systemu klimatycznego oraz jego odpowiedz na

zaburzenia (np. wzrost koncentracji gazów cieplarnianych) .

Ważnym pojęciem w systemie klimatycznym są

sprzężenia zwrotne, które związane są z procesami

klimatycznymi. Zwiększają (sprzężenie dodatnie) lub

zmniejszają (sprzężenie ujemne) zmiany w układzie

wywołane pierwotnym zaburzeniem.

(35)

Przykład sprzężenia zwrotnego w systemie klimatycznym Ziemi-Atmosfera

Albedo+

Strumień ciepła utajonego i odczuwalnego

Ocean

T+

Podwojenie koncentracji CO

2

Promieniowanie słoneczne

T-

ujemne sprzężenie

zwrotne

(36)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Najważniejsze elementy systemu klimatycznego:

Para wodna Chmury

Oceany

Stratosfera Obieg CO 2

Powierzchnia ziemi

Lodowce

(37)

Przyczyny zmian klimatu Efekt cieplarniany

Efekt aerozolowy (bezpośredni i pośredni) Zmiany cyrkulacji oceanicznej

Wybuchy wulkanów

Zmienność aktywności słońca Zmiany w ozonosferze

Przyczyny długookresowe Zmienność orbity ziemskiej

Dryf kontynentów

Zmiany składu atmosfery

(38)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl 11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Ziemia i atmosfera jest w stanie równowagi klimatycznej określonej przez energie

dostarczaną przez Słońce oraz emitowaną przez Ziemie w kosmos.

Zmiany klimatu związane są z zaburzeniami bilansu energii w układzie Ziemia-Atmosfera

Zasadniczą kwestią w badaniach zmian klimatu są

obserwacje składowych bilansu energii oraz studia

procesów prowadzących do zmiany stanu równowagi

termodynamicznej w tym wymuszania radiacyjnego.

(39)

Bilans Energii w Atmosferze

Bilans radiacyjny w

atmosferze –100 Wm

-2

(40)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

F o /4 T eff σT 4

F TOA (R o , T eff , T) wymuszenie

R o /4

W stanie równowagi:

F o (1-R o )/4=T eff T 4 Wymuszenie radiacyjne

R- planetarne albedo F o stałą

słoneczna

(41)

Efekt cieplarniany Zmiany koncentracji

CO 2

(42)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Termiczny wymiar efektu cieplarnianego

gazy cieplarniane procentowy wkład koncentracja

para wodna 20.6 62.1% 30 ppvt

CO

2

7.2 21.7% 350 ppmv

0

3

2.4 7.2% 50 ppbv

N

2

0 1.4 4.2% 320 ppbv

CH

4

0.8 2.4% 17 ppbv

freony <0.8 2.4% 1 ppbv

efekt cieplarniany 33.2

T

(43)

Wpływ zmian aktywności Słońca

Zmiany stałej słonecznej (pomiary satelitarne)

Zmiany liczby plam słonecznych (pomiary naziemne)

Zmiany są zbyt małe aby wytłumaczyć nimi globalne ocieplenie obserwowane w drugiej części XX wieku.

Dodatkowo , okres tych zmian zbyt mały w

porównaniu ze stałą czasowa

systemu klimatycznego

(44)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Wpływ wybuchów wulkanów

Aerosol emitowany przez wulkany

redukuje przeźroczystość atmosfery

(45)

Zanieczyszczenia atmosfery zwane inaczej aerozolami to małe cząstki stałe lub ciekłe powstające w sposób naturalny oraz w wyniku działalności gospodarczej człowieka.

Rodzaje aerozoli:

• sól morska

• drobiny piasku

• pyły (wulkaniczny)

• fragmenty roślin

• sadza (elemental carbon), organic carbon

• siarczany, azotany

• związki organiczne i nieorganiczne

Aerozole naturalne.

Aerozole antropogeniczne

(46)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Wielkość i kształt cząstek aerozolu

(47)

Zmętnienie atmosfery powstałe w wyniku

obecności aerozoli

(48)

11/29/21

Krzysztof Markowicz

kmark@igf.fuw.edu.pl

(49)

Produkcja aerozoli

produkcja mechaniczna (powstawanie soli morskiej podczas załamywania fal morskich czy wynoszenie pyłu pustynnego w czasie burz pyłowych)

spalanie biomasy

spalanie antropogeniczne (pyły, gazy)

konwersja gazu do kwasu siarkowego, azotowego

(50)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Średnia grubość optyczna

aerozolu

(51)

Wpływ aerozoli na klimat Ziemi

Efekt bezpośredni (poprzez rozpraszanie i absorpcję promieniowania)

Efekt pośredni (poprzez oddziaływanie na własności

mikrofizyczne chmur)

(52)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Bezpośredni wpływ aerozoli na klimat

warstwa aerozolu

redukcja promieniowana słonecznego dochodzącego do powierzchni ziemi

wzrost absorpcji w atmosferze

wzrost albeda planetarnego

(53)

Pośredni wpływ aerozoli – ślady statków

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . :: . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . ... . . .

:: ::::

:: ::

::::

:: ::

Stratocumulus

większe albedo

Większa koncentracja kropel,

Mniejszy promień r

e

(54)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Globalne zaciemnienie

w XX wieku.

(55)

Globalne zaciemnienie

Jest związane z emisja do atmosfery aerozoli które skutecznie redukują promieniowanie Słoneczne

dochodzące do powierzchni Zimie.

W ostatnich 10-latach, szczególnie w Europie

znacząco ograniczono emisje tych zanieczyszczeń, tym samym prowadząc do odwrócenia trendu.

Ma to niestety z punktu widzenia klimatycznego

negatywny skutek bo redukcja aerozoli wzmaga efekt

gazów cieplarniany. Wymuszanie radiacyjne staje

się coraz większe…

(56)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Które czynniki odgrywają decydująca rolę wa

zmianach klimatu?

(57)

Modelowe zmiany klimatu w

obecnym stuleciu

(58)

11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl 11/29/21

Krzysztof Markowicz kmark@igf.fuw.edu.pl

Podsumowanie

Nie ma wątpliwości, że mamy do czynienia z globalnym ociepleniem.

Analiza globalna budżetu energetyczne z dużym

prawdopodobieństwem pokazuje, że jest to związane z nasilającym się efektem cieplarnianym.

W skali globu efekt cieplarniany przewyższa znacząco ochładzający wpływ aerozolu na klimat ale...

W skali lokalnej chłodzenie aerozolowe może kilka-krotne przewyższać efekt cieplarniany.

Niepewności oszacowanego wymuszania radiacyjnego (IPCC 2007) jest bardzo duża co wpływa na duże błędy prognoz zmian klimatu.

Ograniczanie emisji aerozoli (jest to stosunkowo proste) przy

jednoczesnych braku redukcji emisji CO

2

zwiększy w przyszłości wpływ efektu cieplarnianego na klimat.

Prognozowany wzrost temperatury w XXI wieku:

+1.5 do+4

o

C

Cytaty

Powiązane dokumenty

Zasadniczą kwestią w badaniach zmian klimatu są obserwacje składowych bilansu energii oraz studia nad rozumieniem procesów prowadzących do zmiany stanu równowagi

warstwach atmosfery stan równowagi w zasadzie nie ustala warstwach atmosfery stan równowagi w zasadzie nie ustala się, gdyż promieniowanie słoneczne zmienia się znacząco w

Obejmują pomiary promieniowania dochodzącego od Słońca, promieniowania odbijanego przez atmosferę i powierzchnie Ziemi (albedo) oraz promieniowania. długofalowego emitowanego

• W przyrządzie promieniowanie zamieniane jest W przyrządzie promieniowanie zamieniane jest na napięcie prądu płynącego w obwodzie. na napięcie prądu płynącego w obwodzie

• Modele atmosferyczne globalne cyrkulacji atmosfery Modele atmosferyczne globalne cyrkulacji atmosfery zakładają temperaturę oceanu, podczas gdy sprzężone zakładają

W skali globu efekt cieplarniany przewyższa bezpośredni wpływ aerozolu na klimat ale... Ciągle zbyt mało wiemy o efekcie pośrednim (chmury) którego wpływ wydaje się być

Globalne zmiany temperatury w atmosferze i na powierzchni Ziemi.

The changes until now have been described, such as the 0.8°C increase of global average temperature in a few recent years (compared to 1850–2000 years); sea level rise and an